Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
| Both sides previous revisionPrevious revisionNext revision | Previous revision | ||
| statnice:bakalar:b4b39hry [2025/05/28 10:25] – zapleka3 | statnice:bakalar:b4b39hry [2025/06/06 21:23] (current) – zapleka3 | ||
|---|---|---|---|
| Line 1: | Line 1: | ||
| - | ==== Komponenty herního enginu, herní smyčka. Detekce kolizí a základy herní fyziky. Reprezentace a výpočet animací. Základní optimalizační metody pro herní engine. ==== | + | ====== Komponenty herního enginu, herní smyčka. Detekce kolizí a základy herní fyziky. Reprezentace a výpočet animací. Základní optimalizační metody pro herní engine. |
| [[https:// | [[https:// | ||
| Line 12: | Line 12: | ||
| ==== 1. Přehled komponent herního enginu a jejich funkce ==== | ==== 1. Přehled komponent herního enginu a jejich funkce ==== | ||
| - | **Herní engine** je software, který | + | **Herní engine** je komplexní softwarová platforma, která |
| - | * **AI** – řídí | + | * **AI (Artificial Intelligence)** – zajišťuje |
| - | * **Fyzika** – zpracovává kolize, gravitaci, | + | * **Fyzika** – simuluje reálné i stylizované fyzikální jevy. Obsahuje systémy pro detekci a řešení kolizí, gravitaci, |
| - | * **Rendering** – zajišťuje | + | * **Rendering** – stará se o vizuální |
| - | * **Zvuk** – spravuje hudbu, | + | * **Zvuk |
| - | * **UI/Input** – zpracovává uživatelský vstup (myš, klávesnice, | + | * **UI / HID (Human Interface Device)** – zpracovává |
| - | * **Scripting** – umožňuje | + | * **Scripting** – umožňuje |
| - | * **Síť** – zajišťuje multiplayerové funkce, synchronizaci | + | * **Síť |
| + | |||
| + | * **Jádro – Scéna / Data (Core Systems)** – spravuje základní strukturu hry: herní smyčku, správu paměti, přístup k souborům, správu scén, serializaci a správu objektů ve scéně. Je to centrální komponenta, na kterou jsou napojeny všechny ostatní. | ||
| + | * **Resources (Assets Management)** – komponenta pro načítání, | ||
| + | * **3rd Party SDKs a Middleware** – nástroje třetích stran integrované do enginu (např. fyzika, zvuk, analýza výkonu, monetizace, in-app nákupy). Umožňují rychlejší vývoj a využití již hotových řešení. | ||
| + | * **Platform Abstraction Layer** – vrstva zajišťující kompatibilitu mezi různými operačními systémy a zařízeními. Vývojář se nemusí starat o specifika Androidu, iOS, Windows atd. – engine vše sjednocuje. | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| ==== 2. Herní smyčka ==== | ==== 2. Herní smyčka ==== | ||
| - | Herní smyčka představuje jádro | + | Herní smyčka představuje jádro |
| - | - **ProcessInput** – zpracování | + | Základní struktura smyčky zahrnuje: |
| - | | + | |
| - | | + | * **ProcessInput** – zpracování vstupu |
| + | | ||
| + | | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | Smyčka typicky běží nezávisle na hráči – tedy i v případě, že hráč nedává žádné vstupy, se svět aktualizuje dál (např. pohyb NPC, efekty prostředí). | ||
| === Varianty herní smyčky === | === Varianty herní smyčky === | ||
| - | Herní smyčka může | + | Herní smyčka může |
| - | * **Fixní simulační krok** – doba každého kroku smyčky je konstantní, což zajišťuje | + | * **Fixní simulační krok (Fixed timestep)** – každý krok simuluje |
| - | * **Proměnlivý simulační krok** – smyčka běží co nejrychleji. Výhodou | + | * **Proměnlivý simulační krok (Variable timestep)** – každé UpdateGame používá reálný časový rozdíl od předchozího kroku. Odezva |
| + | * **Kombinovaný přístup** – proměnlivý krok pro většinu aktualizací, | ||
| + | |||
| + | Tato struktura se dá doplnit o další části, jako je **LateUpdate** pro úpravy po výpočtu kolizí nebo fyziky (např. nastavení kamery), nebo **Coroutines**, | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| ==== 3. Souvislost reálného a herního času ==== | ==== 3. Souvislost reálného a herního času ==== | ||
| - | Časy používané ve hře: | + | Ve hře se pracuje s několika druhy času: |
| - | * **Reálný čas** (wall-clock time) – odpovídá skutečnému času. | + | |
| - | * **Herní čas** – interní | + | * **Reálný čas (wall-clock time)** – čas měřený reálnými hodinami, např. pomocí `GetCurrentTime()`. |
| - | * **CPU/GPU čas** – doba potřebná | + | * **Herní čas** – logický čas hry, může být zpomalen, zastaven nebo zrychlen (např. bullet time). |
| + | * **CPU / GPU čas** – doba, kterou výpočet nebo rendering skutečně zabere (pro analýzu výkonu). | ||
| + | |||
| + | Nesoulad mezi časy (např. kvůli výkonu HW) může vést k nedeterministickému chování. Z tohoto důvodu je třeba správně volit simulační krok a synchronizaci. | ||
| + | |||
| + | Příklad problémů při různém FPS: | ||
| + | * Při vysokém FPS bude hra běžet „rychleji“, | ||
| + | * Při nízkém FPS se mohou některé kolize „propadnout“ (bullet through paper problem). | ||
| + | |||
| + | Příkladem robustního přístupu je herní | ||
| + | |||
| + | < | ||
| + | ```c | ||
| + | double previous = GetCurrentTime(); | ||
| + | double lag = 0.0; | ||
| + | while (running) { | ||
| + | double current = GetCurrentTime(); | ||
| + | double delta = current - previous; | ||
| + | previous = current; | ||
| + | lag += delta; | ||
| + | |||
| + | ProcessInput(); | ||
| + | while (lag >= FIXED_STEP) { | ||
| + | UpdateGame(FIXED_STEP); | ||
| + | lag -= FIXED_STEP; | ||
| + | } | ||
| + | Render(); | ||
| + | } | ||
| + | </ | ||
| Synchronizace herního času s reálným časem zajistí konzistentní herní zážitek bez ohledu na výkon zařízení. | Synchronizace herního času s reálným časem zajistí konzistentní herní zážitek bez ohledu na výkon zařízení. | ||
| Line 50: | Line 96: | ||
| Jednotlivé komponenty enginu jsou propojeny s částmi smyčky: | Jednotlivé komponenty enginu jsou propojeny s částmi smyčky: | ||
| - | * **ProcessInput** komunikuje s komponentou vstupu. | + | * **ProcessInput** komunikuje s komponentou vstupu, UI, (Input manager). |
| * **UpdateGame** propojuje fyziku, AI, zvuk, skripty a síť (aktualizace objektů a chování). | * **UpdateGame** propojuje fyziku, AI, zvuk, skripty a síť (aktualizace objektů a chování). | ||
| - | * **Render** komunikuje s renderingovou částí enginu. | + | * **Render** komunikuje s renderingovou částí enginu, (nastavení pohledu, světel, kamer). |
| * Případný **LateUpdate** (např. v Unity) využíván pro specifické úlohy jako aktualizace kamery nebo následné úpravy fyziky. | * Případný **LateUpdate** (např. v Unity) využíván pro specifické úlohy jako aktualizace kamery nebo následné úpravy fyziky. | ||
| + | |||
| + | **Interní komponenty** jako fyzika, animace nebo zvuk jsou často aktualizovány automaticky v rámci hlavní smyčky, nebo pomocí událostí (např. OnCollision, | ||
| + | Pokud dojde ke zpomalení v některé části (např. fyzika), může to ovlivnit celkový dojem ze hry – proto se používají paralelizace (vlákna), dělení na fáze a interpolace stavu. | ||
| ==== 5. Zpracování dlouhých procedur ==== | ==== 5. Zpracování dlouhých procedur ==== | ||
| - | Dlouhé operace, jako například načítání velkých scén, lze řešit několika | + | V průběhu hry může dojít k operacím, které jsou výpočetně náročné a trvají déle než jeden snímek. Pokud by byly vykonány „naráz“, |
| - | * **Threading** – paralelní vykonávání operací. | + | * **Threading |
| - | * **Rozdělení na menší části** – postupné vykonání delších | + | * **Rozdělení na menší části** – dlouhá úloha se rozdělí na více menších |
| - | * **Loading screen** – vizuální | + | * **Loading screen |
| - | * **Coroutines** (např. | + | * **Coroutines** |
| + | |||
| + | Použitím těchto technik lze dosáhnout vyšší stability hry, lepší odezvy a komfortu pro hráče. | ||
| ==== 6. Synchronizace fyzikální simulace a zobrazování ==== | ==== 6. Synchronizace fyzikální simulace a zobrazování ==== | ||
| - | Problém nesynchronizace | + | Simulace a zobrazení nemusí nutně probíhat ve stejném čase nebo frekvenci. V praxi to znamená, že mezi výpočtem polohy objektu |
| + | |||
| + | * **Interpolace** – při vykreslování dopočítáme polohu objektu mezi dvěma známými simulovanými stavy. Například: | ||
| + | * **Extrapolace** – předpovídáme budoucí stav objektu na základě jeho poslední známé pozice a rychlosti. Extrapolace se hodí v případě, že rendering předbíhá fyziku. Je však méně přesná – může vést ke zjevným chybám při náhlé změně směru. | ||
| + | * **Zvýšení frekvence simulace** – pokud fyzika běží např. 120× za sekundu, zatímco rendering 60×, rozdíl mezi aktualizacemi je menší a chybovost nižší. Tento přístup ale zvyšuje výpočetní náročnost. | ||
| + | |||
| + | Synchronizace je zásadní pro kvalitní vizuální výstup a konzistentní fyzikální interakce. Používá se také tzv. **double buffering stavu**, kdy si engine pamatuje dva poslední stavy pro interpolaci nebo porovnání. | ||
| + | Správná implementace synchronizace má přímý vliv na hratelnost – zejména v rychlých akcích, závodních hrách nebo VR. | ||
| + | |||
| + | ===== 2. Detekce kolizí a základy herní fyziky ===== | ||
| + | |||
| + | ==== 1. Motivace, princip, využití ==== | ||
| + | Fyzikální simulace ve hrách umožňuje realistické (nebo stylizované) chování objektů a prostředí – zajišťuje, | ||
| + | |||
| + | Typické oblasti využití: | ||
| + | * **Detekce kolizí** – klíčová pro správné fungování pohybu, interakce s prostředím, | ||
| + | * **Gravitace a síly** – simulace pádu, výbuchů, odrazů a dalších fyzikálních jevů. | ||
| + | * **Ragdoll animace** – fyzikálně řízený pád postav místo předem nahrané animace. | ||
| + | * **Interaktivní objekty** – např. rozbití bedny, kutálející se koule, otevření dveří nárazem. | ||
| + | * **Deformovatelné objekty a šaty** – tkaniny, lano, měkké tělesa (cloth / soft bodies). | ||
| + | * **Částicové a fluidní systémy** – kouř, voda, magie. | ||
| + | |||
| + | Fyzikální simulace může být **real-time** (běží spolu s hrou), nebo předpočítaná (např. pro cutscény nebo animace). Je často **nejnáročnější** částí enginu, zejména ve hrách s komplexním prostředím a mnoha objekty. | ||
| + | |||
| + | ==== 2. Typy kolizních objektů ==== | ||
| + | Pro detekci kolizí se objekty neporovnávají pomocí celé své geometrie (ta může být velmi složitá), ale pomocí tzv. **kolizních těles** (colliders). Ty představují jednoduché geometrické útvary, které přibližně obalují objekt. Cílem je **rychlý test kolize**, případně i výpočet průniku nebo kontaktních sil. | ||
| + | Výběr typu kolizního tělesa je **kompromisem mezi přesností a výpočetní náročností**: | ||
| + | |||
| + | * **Koule (Sphere)** | ||
| + | * Definována středem a poloměrem. | ||
| + | * Výpočet kolize je extrémně rychlý (porovnání vzdáleností). | ||
| + | * Rotace objektu nemá vliv – **rotace invariantní**. | ||
| + | * Nevýhoda: slabá přesnost, často „přetéká“ skutečný objekt. | ||
| + | * Vhodné pro jednoduché předměty, efekty nebo do široké fáze detekce. | ||
| + | * **AABB (Axis-Aligned Bounding Box)** | ||
| + | * Osově zarovnaný kvádr (osa souřadnic odpovídá krabici). | ||
| + | * Snadná aktualizace, | ||
| + | * Trochu přesnější než koule, ale rotací objektu ztrácí přesnost (musí se přepočítat). | ||
| + | * Vhodné pro statické objekty nebo jako zjednodušený obal. | ||
| + | * **OBB (Oriented Bounding Box)** | ||
| + | * Natočený kvádr, kopíruje orientaci objektu. | ||
| + | * Přesnější než AABB, ale kolize se řeší pomocí náročnějších algoritmů (např. SAT). | ||
| + | * Výhodou je, že se dobře hodí k protáhlým objektům (např. loď). | ||
| + | * Používá se v užší fázi detekce. | ||
| + | * **k-DOP (Discrete Oriented Polytope)** | ||
| + | * Obalový mnohostěn tvořený „k“ rovinnými stranami. | ||
| + | * Množinu stran definuje k/2 jednotkových normál (např. k=14, 18, 26). | ||
| + | * Čím více stěn, tím přesnější (ale pomalejší) výpočet. | ||
| + | * Např. k=6 odpovídá AABB. | ||
| + | * Vhodné pro složitější tvary, ale stále rychlejší než konvexní obálky. | ||
| + | * **Konvexní obálka (Convex Hull)** | ||
| + | * Nejpřesnější konvexní obal kolem objektu. | ||
| + | * Výpočetně velmi náročné – používá se např. GJK algoritmus. | ||
| + | * Výhodou je velmi přesná detekce bez potřeby plné geometrie. | ||
| + | * Hodí se pro objekty, kde záleží na přesnosti (postavy, fyzicky simulované objekty). | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | ==== 3. Algoritmy pro detekci kolizí ==== | ||
| + | |||
| + | === Separating Axis Theorem (SAT) === | ||
| + | Separating Axis Theorem (teorém separační osy) říká, že **pokud existuje nějaká osa, na kterou lze objekty promítnout tak, že se jejich projekce neprotínají, | ||
| + | |||
| + | * Separační osa je definována jako **normála mezi dvěma potenciálně kolidujícími plochami nebo hranami**. | ||
| + | * Pro každý pár objektů se určí vhodná sada os, na které se oba objekty promítnou. | ||
| + | * Na každé ose se vytvoří 1D interval (projekce rozsahu objektu). | ||
| + | * Pokud existuje alespoň jedna osa, kde se tyto intervaly **nepřekrývají**, | ||
| + | |||
| + | Počet testovaných os závisí na typu objektů: | ||
| + | * **AABB vs AABB** – pouze 3 osy (osa X, Y, Z). | ||
| + | * **k-DOP vs k-DOP** – k/2 os (např. 7 pro k=14). | ||
| + | * **OBB vs OBB** – až **15 os**: 3 hlavní osy z každého OBB a 9 kombinací jejich křížových součinů. | ||
| + | |||
| + | SAT je velmi efektivní pro kolizní testy mezi konvexními objekty, např. OBB nebo jednoduchými polygonálními útvary. Je oblíbený pro svoji srozumitelnost a přijatelný výkon i u složitějších scén. | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | === GJK algoritmus === | ||
| + | |||
| + | GJK (Gilbert–Johnson–Keerthi) algoritmus je obecný a velmi výkonný algoritmus pro detekci kolize **konvexních objektů** v libovolném rozměru. Je založen na **Minkowského rozdílu** dvou objektů. | ||
| + | |||
| + | **Minkowského rozdíl: | ||
| + | \[ | ||
| + | A \ominus B = \{ a - b \mid a \in A, b \in B \} | ||
| + | \] | ||
| + | Geometricky tento rozdíl zahrnuje **všechny možné vektory z bodu B do bodu A**. Pokud výsledný rozdíl **obsahuje počátek souřadnic**, | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | Princip GJK: | ||
| + | * Vytváří tzv. **simplex** (bod, hrana, trojúhelník, | ||
| + | * Tento simplex se iterativně rozšiřuje pomocí tzv. **support funkce** – hledá nový bod nejblíže směrem k počátku. | ||
| + | * Pokud simplex **zahrnuje počátek**, | ||
| + | * Pokud nelze simplex směrem k počátku rozšířit, | ||
| + | |||
| + | GJK se výborně hodí i pro velmi komplikované kolizní objekty (např. konvexní obálky). Výhoda oproti SAT: **nemusíme předem znát osy** – ty se určují dynamicky během běhu algoritmu. Nevýhoda: složitější implementace, | ||
| + | |||
| + | **Shrnutí: | ||
| + | * **SAT**: jednodušší a efektivní pro AABB/OBB, více os testovaných najednou. | ||
| + | * **GJK**: výkonný a obecný pro libovolné konvexní tvary, zvládá složitější případy. | ||
| + | |||
| + | ==== 4. Fáze detekce kolizí ==== | ||
| + | |||
| + | Detekce kolizí probíhá ve více fázích, které postupně zužují množinu objektů, jež je třeba detailně testovat. To umožňuje udržet výpočty efektivní i ve složitých scénách. | ||
| + | |||
| + | === Široká fáze (Broad Phase) === | ||
| + | Široká fáze se snaží rychle vyřadit objekty, které se zjevně nemohou dotýkat. Provádí hrubé testy mezi obalovými tělesy, často s využitím akceleračních struktur. | ||
| + | |||
| + | * **Mřížka (Grid)** – prostor je rozdělen na buňky; kolize se testují jen mezi objekty ve stejné nebo sousední buňce. Funguje dobře pro rovnoměrně rozložené objekty. | ||
| + | * **Hierarchie obalových těles (Bounding Volume Hierarchy, BVH)** – stromová struktura, kde vnitřní uzly představují obálky více objektů. Umožňuje logaritmické vyhledávání potenciálních kolizí. | ||
| + | |||
| + | === Filtrování kolizí === | ||
| + | Pomocí vrstev a kolizních masek určujeme, které objekty mohou kolidovat. | ||
| + | |||
| + | * **Kolizní vrstvy a masky** – určují, které objekty spolu mohou kolidovat (např. hráč vs. projektil, ale ne projektil vs. projektil). | ||
| + | * **Kolizní materiály** – přenášejí informace o tření, odrazu apod., a mohou se využít pro modifikaci reakce na kolizi. | ||
| + | * **Callbacks** – herní logika může zasáhnout a kolizi v určité situaci zrušit (např. nezranitelnost, | ||
| + | |||
| + | === Úzká fáze (Narrow Phase) === | ||
| + | Přesná detekce kolizí vybraných dvojic objektů. | ||
| + | |||
| + | * Používají se konkrétní algoritmy jako SAT nebo GJK. | ||
| + | * Zjišťuje se: zda objekty kolidují, kde je kontaktní bod, jaká je normála kolize, případně hloubka průniku. | ||
| + | * Výpočetně nejnáročnější fáze – používá se pouze u opravdu nutných dvojic. | ||
| + | |||
| + | ==== 5. Kolizní dotazy a jejich varianty ==== | ||
| + | |||
| + | Kolizní dotazy slouží k aktivnímu zjišťování, | ||
| + | |||
| + | * **Raycast** – „paprsková kolize“ | ||
| + | * Simulujeme paprsek (často nekonečně tenký) vycházející z určitého bodu směrem do scény. | ||
| + | * Slouží k detekci nejbližšího objektu na trase – ideální pro střelbu, výběr objektů, zjištění, | ||
| + | * Výstupem je průsečík (pozice), vzdálenost, | ||
| + | |||
| + | * **Shapecast** – „kolize posunutého objemu“ | ||
| + | * Místo paprsku testujeme pohyb nějakého objemu (např. koule, kapsule, kvádru) po určité dráze. | ||
| + | * Typicky se používá pro predikci kolize | ||
| + | * Umožňuje detekci budoucích kolizí a přípravu reakce (např. zastavení před překážkou). | ||
| + | |||
| + | * **Overlap testy (např. OverlapSphere)** – detekce, zda určitý objem právě teď koliduje s něčím jiným. | ||
| + | * Např. detekce, zda se hráč nachází v oblasti výbuchu, nebo jestli jsou dva objekty příliš blízko. | ||
| + | * Často používané u trigger oblastí nebo pasivní kolize bez fyzikální reakce. | ||
| + | |||
| + | Tyto dotazy se často spouštějí v každém snímku nebo na vyžádání a bývají napojeny přímo na fyzikální engine. Výsledkem dotazu může být: | ||
| + | |||
| + | * true/false (existuje kolize), | ||
| + | * informace o nejbližším zásahu, | ||
| + | * seznam všech objektů v dotčeném prostoru. | ||
| + | |||
| + | ==== 6. Smyčka fyzikální simulace ==== | ||
| + | |||
| + | Fyzikální simulace probíhá v pravidelných krocích v rámci hlavní herní smyčky nebo samostatně (např. s vyšší frekvencí). Každý krok zahrnuje sadu operací, které zajistí realistické chování objektů ve scéně. Níže je uvedena typická struktura smyčky: | ||
| + | |||
| + | - **Aktualizace herních objektů** | ||
| + | * Zpracují se vstupy od uživatele (např. GUI, stisk klávesy, skripty). | ||
| + | * Herní logika ovlivní objekty (např. aktivuje animaci nebo spustí sílu). | ||
| + | * Připraví se nové požadavky na pohyb, otáčení, přechod mezi stavy atd. | ||
| + | - **Výpočet sil a aplikace impulsů** | ||
| + | * Na objekty se aplikují síly (např. gravitace, tření, pružnost) a momenty. | ||
| + | * Mohou se upravit vazby (např. klouby mezi objekty, řetězce, tuhé spojení). | ||
| + | * Herní skripty mohou aplikovat dodatečné síly nebo reakce (např. výbuch, zásah). | ||
| + | - **Simulační krok** | ||
| + | - **Numerická integrace** – pomocí metod jako Eulerova nebo Runge-Kutta se spočítá nová pozice a rychlost objektů podle působících sil. | ||
| + | - **Detekce kolizí** – zjistí se, které objekty spolu kolidují, pomocí technik jako SAT, GJK, AABB testy. | ||
| + | - **Řešení kolizí** – pokud se kolize vyskytují: | ||
| + | * Vypočítají se kontaktní síly nebo penalizační impulzy. | ||
| + | * Aplikují se korekce pozice (např. posunutí objektu, aby „nevlezl“ do jiného). | ||
| + | * Mohou být vytvořeny dočasné vazby (např. postava stojící na pohybující se plošině). | ||
| + | - **Iterace** – v případě potřeby se celý krok může několikrát opakovat pro lepší přesnost nebo stabilitu (např. v enginu PhysX nebo Bullet). | ||
| + | - **Aktualizace herních objektů podle simulace** | ||
| + | * Nové pozice, rotace a stavy se promítnou do herních objektů. | ||
| + | * Např. postava se přesune, předmět se kutálí, dveře se pohnou atd. | ||
| + | * Možné je odeslání notifikací o změnách (např. „hráč spadl na zem“). | ||
| + | - **Kolizní dotazy** | ||
| + | * Provádějí se **raycasty** nebo **shapecasty** na základě aktuálního stavu světa. | ||
| + | * Používají je AI, kamera, ovládání nebo herní logika (např. jestli je hráč ve výhledu, co má postava pod nohama apod.). | ||
| + | - **Render** | ||
| + | * Na závěr se podle aktualizovaných dat vykreslí scéna. | ||
| + | * To zahrnuje pozice objektů, rotace, animace, efekty apod. | ||
| + | |||
| + | Tato smyčka je klíčová pro realistický pohyb a interakce objektů. V moderních enginech může být implementována samostatně od hlavní herní smyčky a může běžet s vyšší frekvencí (např. 120× za sekundu), což zvyšuje stabilitu a přesnost simulace. | ||
| + | |||
| + | ==== 7. Řešení pohybové rovnice ==== | ||
| + | |||
| + | Pohyb objektu ve fyzikální simulaci se řídí druhým Newtonovým zákonem: | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | F(t) = m \cdot a(t) = m \cdot \frac{dv(t)}{dt} = m \cdot \frac{d^2r(t)}{dt^2} | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | kde: | ||
| + | * \( F(t) \) je síla působící na těleso v čase \( t \), | ||
| + | * \( m \) je hmotnost objektu, | ||
| + | * \( a(t) \) je zrychlení, | ||
| + | * \( v(t) \) je rychlost a \( r(t) \) je poloha. | ||
| + | |||
| + | Výsledkem jsou diferenciální rovnice, které lze řešit dvěma základními způsoby: | ||
| + | |||
| + | === Analytické řešení === | ||
| + | |||
| + | Analytické řešení využívá klasickou integraci rovnic pohybu. Je přesné, ale omezené na jednodušší případy (např. konstantní síla, střela pod vlivem gravitace): | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | F(t) = m \cdot g = m \cdot v' | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | v(t) = \int g \, dt = g \cdot t + v(0) | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | r(t) = \int v(t) \, dt = \frac{1}{2} g t^2 + v(0) t + r(0) | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | Tento přístup se používá pro přesně definované trajektorie (např. let střely bez odporu vzduchu). | ||
| + | |||
| + | === Numerické řešení === | ||
| + | |||
| + | Numerická integrace je použita v simulacích, | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | == Eulerova metoda == | ||
| + | |||
| + | * Jednoduchá, | ||
| + | * Předpokládá konstantní rychlost během intervalu. | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | v(t + \Delta t) = v(t) + \frac{F(t)}{m} \cdot \Delta t | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | r(t + \Delta t) = r(t) + v(t) \cdot \Delta t | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | == Verletova metoda == | ||
| + | |||
| + | * Vyšší přesnost než Euler, vhodná pro simulace s malými odchylkami. | ||
| + | * Využívá polohu v předchozím i aktuálním kroku. | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | r(t + \Delta t) = 2r(t) - r(t - \Delta t) + \frac{F(t)}{m} \cdot \Delta t^2 | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | v(t + \Delta t) = \frac{r(t + \Delta t) - r(t)}{\Delta t} | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | == Rychlostní Verletova metoda (Velocity Verlet) == | ||
| + | |||
| + | Výpočetně náročnější, | ||
| + | \[ | ||
| + | r(t + \Delta t) = r(t) + v(t) \cdot \Delta t + \frac{1}{2} a(t) \cdot \Delta t^2 | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | v\left(t + \frac{1}{2} \Delta t\right) = v(t) + \frac{1}{2} a(t) \cdot \Delta t | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | a(t + \Delta t) = \frac{1}{m} F\left(t + \Delta t,\, r(t + \Delta t)\right) | ||
| + | \] | ||
| + | \[ | ||
| + | v(t + \Delta t) = v\left(t + \frac{1}{2} \Delta t\right) + \frac{1}{2} a(t + \Delta t) \cdot \Delta t | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | == Odpor vzduchu == | ||
| + | |||
| + | V reálné simulaci střely musíme zohlednit odpor vzduchu, který je závislý na rychlosti: | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | * Síla odporu: \( F_d = -k \cdot v(t) \), kde \( k \) je koeficient odporu. | ||
| + | * Těleso zpomaluje a trajektorie je zkrácená (viz graf). | ||
| + | |||
| + | == Praktické poznámky == | ||
| + | |||
| + | * Fyzikální objekty jsou často svázány s kolizními objekty (např. ve PhysX). | ||
| + | * Lineární a rotační pohyb se často řeší odděleně – pro rotaci je třeba používat moment síly a kvaterniony. | ||
| + | * Pro rychlé simulace se používají jednoduché metody (Euler), pro stabilitu Verlet. | ||
| + | |||
| + | ==== 8. Typy vazeb mezi objekty ==== | ||
| + | |||
| + | Ve fyzikální simulaci často dochází k situacím, kdy mezi objekty existují určité **omezení pohybu** – tzv. **vazby**. Tyto vazby slouží k simulaci realistického chování složených těles nebo strojních mechanismů. Zavedením vazeb vzniká soustava diferenciálních rovnic s omezeními, které se často řeší **iterativně** během každého simulačního kroku. | ||
| + | |||
| + | Typické vazby mezi objekty: | ||
| + | |||
| + | * **Pevný kontakt (Fixed joint)** | ||
| + | * Objekty jsou pevně ukotveny k sobě nebo k prostoru. | ||
| + | * Vhodné např. pro připevnění objektu ke scéně nebo propojení částí modelu. | ||
| + | * Lze nastavit hraniční sílu – pokud ji interakce překročí, | ||
| + | * Používá se, pokud není žádoucí fyzicky slučovat těla do jednoho. | ||
| + | |||
| + | * **Kloub (Ball joint / Spherical joint)** | ||
| + | * Těleso je připojeno k bodu v prostoru, může se volně rotovat kolem všech os. | ||
| + | * Simuluje například ramenní kloub nebo závěs postavy. | ||
| + | * Často používán ve spojení s ragdoll fyzikou. | ||
| + | |||
| + | * **Pant (Hinge joint)** | ||
| + | * Těleso je spojeno s jiným objektem nebo bodem a může se rotovat pouze kolem jedné osy. | ||
| + | * Lze nastavit limity rotace a síly motoru. | ||
| + | * Typický příklad: dveře, kolo. | ||
| + | |||
| + | * **Píst (Slider joint)** | ||
| + | * Umožňuje pouze **lineární posuv** podél jedné osy, bez rotace. | ||
| + | * Příkladem může být mechanický píst, tlačítko nebo výsuvná součást. | ||
| + | * Lze definovat minimální a maximální vzdálenost. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | * **Tlumená pružina (Damped spring)** | ||
| + | * Udržuje tělesa ve vzdálenosti s pružnou silou. | ||
| + | * Parametry: | ||
| + | * **Tuhost** (spring stiffness) – síla, jakou pružina působí při změně délky. | ||
| + | * **Tlumení** (damping) – snižuje oscilace. | ||
| + | * **Min / Max délka** – omezující rozsah deformace. | ||
| + | * Použití: lanové systémy, šaty, fyzikální efekty pro zbraně nebo vozidla. | ||
| + | |||
| + | * **Poháněné vazby (Motors)** | ||
| + | * Umožňují aplikaci síly nebo momentu přímo ve vazbě. | ||
| + | * Používají se pro: | ||
| + | * aktivní řízení pohybu (např. otáčení kol), | ||
| + | * nepřímou animaci – ovládání fyzických objektů pomocí animovaných cílů, | ||
| + | * řízení ragdoll postavy tak, aby přebírala přibližnou pózu. | ||
| + | |||
| + | Vazby jsou důležité i pro herní logiku a interakci hráče s objekty – např. držení předmětů ve VR, otevírání dveří nebo simulace vozidel. | ||
| + | |||
| + | ==== 9. Výpočet reakce na kolize a fyzikální materiály ==== | ||
| + | |||
| + | Při detekci kolize mezi dvěma objekty nestačí pouze zjistit, že ke kolizi došlo – je nutné také určit **reakci** těchto těles, tj. jak se budou pohybovat dál. Tento proces se označuje jako **řešení kolize** (collision response) a typicky se provádí výpočtem **impulzu**, | ||
| + | |||
| + | === Výpočet impulzu při kolizi === | ||
| + | |||
| + | Kolize dvou těles je popsána jako **změna hybnosti**. Uvažujeme zákon zachování celkové hybnosti izolované soustavy: | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | \vec{p}_1 + \vec{p}_2 = \vec{p}' | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | kde: | ||
| + | * \(\vec{p}_1 = m_1 \vec{v}_1\), | ||
| + | * \(\vec{p}' | ||
| + | * \(\Delta \vec{p}\) je impuls působící mezi tělesy (opačný pro každé těleso, podle zákona akce a reakce), | ||
| + | * \(\vec{n}\) je normála kolizního kontaktu. | ||
| + | |||
| + | Impuls se vypočítá podle: | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | \Delta \vec{p} = \frac{(1 + \epsilon)(\vec{v}_2 \cdot \vec{n} - \vec{v}_1 \cdot \vec{n})} | ||
| + | {\frac{1}{m_1} + \frac{1}{m_2}} \cdot \vec{n} | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | kde: | ||
| + | * \(\epsilon \in [0,1]\) je **koeficient pružnosti** (restituce), | ||
| + | * \(\epsilon = 0\) – **plastický kontakt** (žádný odraz), | ||
| + | * \(\epsilon = 1\) – **elastický kontakt** (dokonalý odraz). | ||
| + | |||
| + | Rychlosti po kolizi: | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | \vec{v}' | ||
| + | \vec{v}' | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | Síla vzniklá z impulzu: | ||
| + | |||
| + | \[ | ||
| + | \vec{F} = \frac{\Delta \vec{p}}{\Delta t} | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | Tento výpočet probíhá pro každý kolizní kontakt v simulaci. Složitější simulace navíc používají **iterativní řešení**, | ||
| + | |||
| + | === Penalizační síly === | ||
| + | |||
| + | Pokud tělesa mírně penetrují (pronikají do sebe), lze jejich oddělení řešit **penalizační silou** – síla je úměrná hloubce průniku a působí opačným směrem. Výhodou je jednoduchost, | ||
| + | |||
| + | === Fyzikální materiály === | ||
| + | |||
| + | Fyzikální vlastnosti kolize jsou řízeny tzv. **materiály**, | ||
| + | |||
| + | * **Koeficient pružnosti (ε)** – určuje odrazivost při kolizi: | ||
| + | * 0 – plastický kontakt (bez odrazu), | ||
| + | * 1 – elastický kontakt (plný odraz). | ||
| + | * **Tření (friction)**: | ||
| + | * **Statické tření** – odpor před uvedením objektu do pohybu. | ||
| + | * **Dynamické tření** – odpor během pohybu (kinetické tření). | ||
| + | * **Kombinační metody**: | ||
| + | * Pokud mají dvě tělesa různé hodnoty materiálů, | ||
| + | |||
| + | === Kontakty === | ||
| + | |||
| + | Kolizní systém často detekuje i tzv. **kontakty** těsně před skutečným průnikem – tyto se využívají např. pro detekci stání na zemi, lehkého dotyku či " | ||
| + | |||
| + | Každý kontakt obsahuje: **pozici kontaktu**, **kolizní normálu** (směr síly), **hloubku průniku**, **lokální souřadnice**. | ||
| + | |||
| + | Tyto informace se pak předávají do **kolizních callbacků** (např. `OnCollisionEnter`) nebo herní logiky. | ||
| + | |||
| + | ===== 3. Reprezentace a výpočet animací ===== | ||
| + | |||
| + | ==== 1. Typy animací a jejich využití ==== | ||
| + | |||
| + | Cílem animace je rozpohybovat objekty – pro účely hry, realismu nebo stylizace. Existuje několik typů animací, které se používají podle potřeby: | ||
| + | |||
| + | * **Sprite animace (2D)** – střídání jednotlivých předkreslených snímků (cel/ | ||
| + | * **Rigidní hierarchická animace** – změna transformací v hierarchii scény, používaná pro objekty, které se skládají z pevných částí (např. otvírání dveří, animace robota). | ||
| + | * **Per-vertex animace** – animace jednotlivých vrcholů modelu pro detailní deformační efekty: | ||
| + | * **Blend shapes (morphing)** – přechod mezi různými tvary sítě, často využívané pro mimiku nebo mluvení. | ||
| + | * **Procedurální animace** – automaticky generované deformace podle funkcí (např. Perlinův šum), simulují vlny nebo vítr. | ||
| + | * **Fyzikální simulace** – využívá dynamiku pro deformace měkkých objektů, např. látky, vlasy nebo šaty. | ||
| + | * **Skeletální animace** – klíčová pro postavy; model je řízen vnitřní kostrou, kde se pohyby kostí přenášejí na povrchový mesh. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | ==== 2. Skeletální animace a reprezentace kostry ==== | ||
| + | |||
| + | Skeletální animace používá **kostru** (hierarchický strom kloubů), která ovládá deformaci polygonálního modelu („kůže“). | ||
| + | |||
| + | * **Kostra**: reprezentována stromem; uzly = klouby, hrany = kosti. | ||
| + | * **Model (kůže)**: polygonální síť (mesh). | ||
| + | * Oba jsou definovány v **referenční póze** (např. T-pose). | ||
| + | * Transformace kloubů jsou hierarchicky skládány: **Scale → Rotace (Quaternion) → Translace** (často jen rotace + posun). | ||
| + | |||
| + | Čtyři základní techniky animace kostry: | ||
| + | * **Forward kinematika (FK)** – přímé ovládání kloubů, často pomocí klíčových snímků. | ||
| + | * **Motion capture** – záznam pohybu skutečného herce, následné zpracování dat. | ||
| + | * **Inverse kinematika (IK)** – nepřímé řízení pomocí cílové pozice (např. noha na zemi), řešeno iterativně. | ||
| + | * **Forward dynamika (ragdoll)** – řízeno fyzikální simulací. | ||
| + | |||
| + | ==== 3. Animační klipy ==== | ||
| + | |||
| + | * Krátké sekvence pohybů – např. chůze, běh, útok. | ||
| + | * Definovány jako **sada transformací kloubů v čase**. | ||
| + | * Reprezentace: | ||
| + | * Motion capture, | ||
| + | * Klíčové snímky (keyframes), | ||
| + | * Interpolace (např. pomocí křivek), | ||
| + | * Blend shapes. | ||
| + | |||
| + | ==== 4. Míchání animačních klipů ==== | ||
| + | |||
| + | * **LERP/ | ||
| + | * Možné přechody mezi klipy (např. z běhu do skoku) se realizují jako plynulé interpolace v čase (tzv. cross-fade). | ||
| + | * **Blending tree** – výpočet výsledné animace na základě vstupních parametrů (rychlost, směr, stav), umožňuje plynulé kombinace více animačních klipů podle situace. | ||
| + | * **Interpolační míchání** – probíhá přímo na transformačních datech kloubů (SQT: scale, quaternion, translation). Pokročilejší přístupy používají parametrizované prostory (např. rozsah -1..1 pro náklon hlavy) pro intuitivnější ovládání a omezení neplatných póz. | ||
| + | * **Aditivní míchání** – místo interpolace se používá složení transformací. Využívá se u detailních animací (např. dýchání, švihnutí mečem), které se přičítají k základnímu pohybu. | ||
| + | * **Animační automat (ASM)**: | ||
| + | * Množina stavů (Idle, Walking, Jumping, Attacking, …), každý stav má vlastní strom klipů. | ||
| + | * Přechody s interpolací mezi stavy (cross-fade) umožňují plynulé změny. | ||
| + | * Více vrstev animace – každá vrstva je samostatný ASM (např. dolní tělo běží, horní tělo střílí), vrstvy se kombinují pomocí vah a masek (např. AvatarMask v Unity). | ||
| + | * Komplexní kombinace jako chůze + střelba nebo běh + zásah se vytvářejí skládáním vrstev. | ||
| + | |||
| + | * **Inverzní kinematika (IK)** – používá se jako post-process po smíchání animací. Umožňuje doladit pozici koncových efektorů (např. poloha ruky na klice, noha na zemi). Algoritmus určí rotace všech relevantních kloubů tak, aby efektor dosáhl cíle. IK řešení může být víceznačné, | ||
| + | |||
| + | ==== 5. Skinning (Linear Blend Skinning) ==== | ||
| + | |||
| + | **Skinning** je metoda deformace polygonálního modelu (kůže) podle animace kostry (skeletonu). Každý vrchol modelu je ovlivněn jedním nebo více klouby v závislosti na typu skinningu. | ||
| + | |||
| + | * **Rigid skinning** – každý vrchol ovládán jedním kloubem. Rychlý, ale vytváří nepřirozené zlomy v oblasti kloubů. | ||
| + | \[ | ||
| + | \vec{v}' | ||
| + | \] | ||
| + | * **Linear Blend Skinning (LBS)** – každý vrchol je ovlivněn **několika klouby** (typicky 2–4), každý s určitou vahou \( w_i \). | ||
| + | * Výhody: plynulé deformace, efektivní výpočet, běžné ve většině herních enginech. | ||
| + | * Nevýhody: **artefakty** při rotacích – např. zmenšení objemu (gumový efekt), **nezachování ortonormality**. | ||
| + | * Výsledná pozice: | ||
| + | \[ | ||
| + | \vec{v}_{\text{new}} = \sum_{i=1}^{m} w_i \cdot F(j_i) \cdot A^{-1}(j_i) \cdot \vec{v} | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | * **Duální kvaterniony** – lepší zachování objemu a rotací. | ||
| + | * **Pomocné klouby** – pro přesnější deformaci v problematických místech (např. ramena). | ||
| + | |||
| + | |||
| + | |||
| + | ==== 6. Animační křivky, princip a využití ==== | ||
| + | |||
| + | **Animační křivky** určují průběh hodnot (např. pozice, rotace, barvy) mezi klíčovými snímky. Používají se pro plynulou interpolaci v čase, řízení pohybu kamery či procedurální animace. | ||
| + | |||
| + | ===== Požadavky ===== | ||
| + | * Plynulost (spojitá derivace). | ||
| + | * Intuitivní ovládání a editace. | ||
| + | * Rychlý výpočet. | ||
| + | |||
| + | ===== Lineární interpolace ===== | ||
| + | * Jednoduchá, | ||
| + | * Nevhodná pro přirozený pohyb. | ||
| + | |||
| + | ===== Hermitova kubika ===== | ||
| + | * Definována dvěma body \( P_0, P_1 \) a jejich tečnými vektory \( P_0', P_1' \). | ||
| + | * Výhodná pro řízený a plynulý přechod mezi body. | ||
| + | * Umožňuje snadné nastavení rychlosti nástupu a odeznění. | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | ===== Catmull–Rom spline ===== | ||
| + | * Speciální případ Hermitovy kubiky – tečné vektory se určují automaticky. | ||
| + | * Každý segment prochází dvěma body, tvar ovlivněn sousedními. | ||
| + | * Spojitá první derivace → přirozený pohyb. | ||
| + | * Vyžaduje alespoň čtyři body (první a poslední slouží k výpočtu tečen). | ||
| + | |||
| + | {{: | ||
| + | |||
| + | **Použití**: | ||
| + | * interpolace transformací v čase (rotace, pozice), | ||
| + | * řízení kamery, | ||
| + | * fyzikálně věrohodné trajektorie, | ||
| + | * animace parametrů (např. zoom, světlo), | ||
| + | * procedurální pohyby. | ||
| + | |||
| + | Křivky jsou zásadní pro dosažení realistického nebo stylizovaného pohybu bez nutnosti ručního nastavování každého snímku. | ||
| + | |||
| + | |||
| + | ===== 4. Základní optimalizační metody pro herní engine ===== | ||
| + | |||
| + | ==== 1. Cíl optimalizace ==== | ||
| + | |||
| + | Cílem optimalizací je **udržet stabilní snímkovou frekvenci (FPS)** – např. 60 FPS, pro VR až 90 FPS. Největší zátěž obvykle představuje **rendering**. | ||
| + | |||
| + | ==== 2. Dopředné a odložené vykreslování ==== | ||
| + | |||
| + | === Dopředné vykreslování (Forward rendering) === | ||
| + | |||
| + | * **Jednoprůchodové** – osvětlení všech světel spočteno jedním shaderem. | ||
| + | * **Víceprůchodové** – opakované vykreslení objektů s různými světly. | ||
| + | * Výhody: | ||
| + | * Jednoduché shadery, | ||
| + | * přesné pro průhlednost. | ||
| + | * Nevýhody: | ||
| + | * Více průchodů přes geometrii, | ||
| + | * omezený počet světel. | ||
| + | |||
| + | === Odložené vykreslování (Deferred rendering) === | ||
| + | |||
| + | * První průchod: renderování geometrie do **G-bufferu** (barva, normály, hloubka...). | ||
| + | * Druhý průchod: výpočet osvětlení jako **postprocess**. | ||
| + | * Výhody: | ||
| + | * Osvětlení pouze na viditelných pixelech, | ||
| + | * snadná integrace postprocesů (motion blur, FXAA). | ||
| + | * Nevýhody: | ||
| + | * Paměťově náročné, | ||
| + | * problémy s průhledností, | ||
| + | * složité multisampling (antialiasing). | ||
| + | |||
| + | === Kombinovaný přístup === | ||
| + | |||
| + | * **Neprůhledné objekty**: odložené vykreslování. | ||
| + | * **Průhledné objekty**: dopředné vykreslování. | ||
| + | * **Post-process**: | ||
| + | |||
| + | ==== 3. Optimalizace pomocí LOD ==== | ||
| + | |||
| + | **LOD (Level of Detail)** je technika pro snižování zátěže GPU tím, že se místo plně detailního modelu používá zjednodušená verze podle vzdálenosti od kamery. | ||
| + | |||
| + | === Diskrétní LOD === | ||
| + | * Několik předpočítaných verzí modelu (např. LOD0 – detailní, LOD1 – střední, LOD2 – hrubý). | ||
| + | * Přepínání může být viditelné (tzv. popping), řeší se pomocí: | ||
| + | * **Alpha blending** – plynulý přechod pomocí průhlednosti. | ||
| + | * **Bitové masky** – postupné skrývání detailů. | ||
| + | * LOD modely lze generovat automaticky (např. Blender, MeshLab). | ||
| + | |||
| + | === Spojité LOD === | ||
| + | * Geometrie je dynamicky zjednodušována za běhu (např. přepočtem). | ||
| + | * Plynulé přechody bez skoků v detailech. | ||
| + | * Výpočetně náročné, ale vizuálně kvalitní. | ||
| + | * Příklady: **UE5 Nanite** – hierarchická rasterizace a culling mikropolygony. | ||
| + | |||
| + | === Pseudo-spojité LOD === | ||
| + | * Kombinace hierarchických LOD a clusterů. | ||
| + | * Různé části modelu (clustery) mají vlastní LOD. | ||
| + | * Dynamicky přepínány podle viditelnosti a detailu. | ||
| + | |||
| + | === Další optimalizační techniky === | ||
| + | * **Normal map, bump map** – imitují detaily pomocí textur, snižují potřebu polygonů. | ||
| + | * **Mip-mapy** – předpočítané verze textur různých velikostí, zlepšují výkon i kvalitu. | ||
| + | * **Texturové atlasy** – sloučení více textur do jedné, snižují počet přepínání textur. | ||
| + | * **Indexovaná geometrie** – opětovné použití vrcholů pomocí indexů, snižuje paměťové nároky a volání. | ||
| + | |||
| + | LOD je klíčovým prvkem pro škálování grafické náročnosti a udržení plynulého výkonu při zobrazování rozsáhlých scén. | ||
| + | |||
| + | ==== 4. Předpočítané osvětlení a sondy odrazu ==== | ||
| + | |||
| + | === Lightmapy === | ||
| + | |||
| + | * Statické **globální osvětlení** vypočítané offline a uložené jako textury. | ||
| + | * Pouze pro **statické objekty**, nevhodné pro pohyblivé nebo dynamické scény. | ||
| + | |||
| + | === Reflection probes === | ||
| + | |||
| + | * Simulace **odrazu** okolí pomocí **cubemapy**. | ||
| + | * Používá se pro **lesklé povrchy**, např. sklo, voda. | ||
| + | * Nevýhody: | ||
| + | * Omezené rozlišení, | ||
| + | * zastaralé nebo neaktuální záznamy při změnách scény. | ||
| + | |||
| + | ==== 5. Redukování podle viditelnosti (Culling) ==== | ||
| + | |||
| + | **Culling** je technika pro zvýšení výkonu tím, že **neviditelné objekty nejsou vůbec posílány na vykreslení**. Typicky se jedná o objekty mimo zorné pole nebo zakryté jinými objekty. | ||
| + | |||
| + | === View Frustum Culling === | ||
| + | * Kontroluje, zda je objekt uvnitř **zorného jehlanu (frustum)** kamery. | ||
| + | * Objekty zcela mimo frustum jsou **vynechány z renderingu**. | ||
| + | * Používá se obvykle jako **první filtr** při vykreslování scény. | ||
| - | | + | === Occlusion Culling === |
| - | * **Extrapolací** – předpověď stavu na základě posledního známého stavu a rychlosti objektu. | + | |
| + | * Může probíhat: | ||
| + | | ||
| + | * **Online** – výpočet **za běhu** pomocí: | ||
| + | * **Depth bufferu**, **hierarchického Z-bufferu**, | ||
| + | * **softwarové rasterizace** s jednoduchými tvary (occludery). | ||
| - | Alternativně lze použít vyšší frekvenci fyzikální simulace | + | === Potenciálně Viditelné Množiny (PVS) === |
| + | * Pro každou prostorovou **buňku** se předem určí množina potenciálně viditelných objektů. | ||
| + | * Při běhu se pak **vykreslují jen tyto objekty**. | ||
| + | * Výpočet: | ||
| + | * **Offline** – náročný výpočetně, ale efektivní při běhu. | ||
| + | * **Online** – rychlejší, | ||
| + | === Hierarchické Zpracování a Konzistence === | ||
| + | * Scéna je strukturována pomocí prostorových hierarchií (např. **Octree**, **kd-tree**). | ||
| + | * Efektivní redukce díky **coherent hierarchy** – využití podobnosti mezi snímky. | ||
| + | * Pomáhá omezit opakované testy pro podobné oblasti. | ||
